Kitaran biogeokimia unsur kimia utama
pengenalan
Kemunculan bahan hidup di Bumi memungkinkan peredaran berterusan unsur-unsur kimia dalam biosfera, peralihan mereka dari persekitaran luaran kepada organisma dan sebaliknya. Peredaran unsur kimia ini dipanggil kitaran biogeokimia. Kitaran biogeokimia adalah sebahagian daripada kitaran biotik, termasuk kitaran pertukaran unsur kimia asal abiotik, tanpanya bahan hidup tidak boleh wujud (karbon, oksigen, hidrogen, nitrogen, fosforus, sulfur, dan banyak lagi). Biasanya, tiga jenis utama kitaran biogeokimia dibezakan: kitaran air, kitaran bahan gas dengan dana rizab di atmosfera atau hidrosfera (lautan), kitaran sedimen unsur kimia dengan dana rizab di kerak bumi.
Kitaran air
Air adalah unsur asas yang diperlukan untuk kehidupan. Dari segi kuantitatif, ini adalah komponen tak organik yang paling biasa bagi bahan hidup.
97% daripada jumlah jisim air di biosfera tertumpu di lautan. Diandaikan bahawa penyejatan diseimbangkan oleh kerpasan. Lebih banyak air yang menyejat dari lautan daripada yang masuk ke dalamnya dengan pemendakan, di darat - sebaliknya. Kerpasan "tambahan" yang jatuh di darat jatuh ke dalam tudung ais dan glasier, mengisi semula air bawah tanah (dari situ tumbuh-tumbuhan menarik air untuk transpirasi), dan akhirnya berakhir di tasik dan sungai, secara beransur-ansur kembali dengan larian ke lautan. Pada asasnya, kitaran air berlaku antara atmosfera dan lautan.
Kehadiran dalam suasana dana rizab yang penting menyokong fakta bahawa kitaran beberapa bahan gas mampu mengawal kendiri yang agak cepat dalam pelbagai ketidakseimbangan tempatan. Oleh itu, lebihan karbon dioksida terkumpul di suatu tempat akibat peningkatan pengoksidaan atau pembakaran dengan cepat dihalau oleh angin; di samping itu, pembentukan intensif karbon dioksida dikompensasikan oleh penggunaannya yang besar oleh tumbuhan atau penukarannya kepada karbonat. Akhirnya, hasil daripada pengawalseliaan kendiri oleh jenis maklum balas negatif, kitaran bahan gas pada skala global adalah agak sempurna. Kitaran utama tersebut ialah kitaran karbon (dalam komposisi karbon dioksida), nitrogen, oksigen, fosforus, sulfur dan unsur biogenik lain.
Kitaran karbon
Di darat, ia bermula dengan penetapan karbon dioksida oleh tumbuhan melalui fotosintesis untuk terbentuk bahan organik dan penghasilan sampingan oksigen. Sebahagian daripada karbon terikat dibebaskan semasa respirasi tumbuhan sebagai sebahagian daripada CO2
Kulat tanah, bergantung kepada kadar pertumbuhan, mengeluarkan dari 200 hingga 2000 cm 3 CO 2 setiap 1 g jisim kering. Banyak karbon dioksida dikeluarkan oleh bakteria, yang, dari segi berat hidup, bernafas 200 kali lebih intensif daripada seseorang. Karbon dioksida juga dikeluarkan oleh akar tumbuhan dan banyak organisma hidup. Mikroorganisma menguraikan tumbuhan usang dan haiwan mati, akibatnya karbon bahan organik mati teroksida kepada karbon dioksida dan memasuki semula atmosfera.
Proses migrasi karbon sentiasa berlaku di antara daratan dan Lautan Dunia, di mana penyingkirannya dalam bentuk karbonat dan sebatian organik dari darat ke lautan mendominasi. Dari lautan ke darat, karbon datang dalam kuantiti yang kecil dalam bentuk CO2 yang dibebaskan ke atmosfera. Karbon dioksida atmosfera dan hidrosfera ditukar dan diperbaharui oleh organisma hidup selama 395 tahun.
kitaran nitrogen
Sama seperti kitaran karbon dan kitaran lain, ia meliputi semua kawasan biosfera. Dalam kitaran sebatian nitrogen, mikroorganisma memainkan peranan utama: penetap nitrogen, nitrifier dan denitrifier. Organisma lain menjejaskan kitaran nitrogen hanya selepas ia memasuki komposisi sel mereka. Seperti yang diketahui, kekacang dan wakil beberapa genera tumbuhan vaskular lain (contohnya, alder, araucaria, goof) membetulkan nitrogen dengan bantuan bakteria symbiont. Perkara yang sama diperhatikan dalam beberapa lichen yang membetulkan nitrogen dengan bantuan alga biru-hijau simbiotik. Jelas sekali, penetapan biologi nitrogen molekul oleh organisma hidup bebas dan simbiotik berlaku dalam bahagian autotrof dan heterotrofik ekosistem.
Daripada rizab nitrogen yang besar di atmosfera dan kulit sedimen litosfera, hanya nitrogen tetap, yang diasimilasikan oleh organisma hidup di darat dan lautan, mengambil bahagian dalam kitarannya. Kategori dana pertukaran unsur ini termasuk: nitrogen pengeluaran biojisim tahunan, nitrogen penetapan biologi oleh bakteria dan organisma lain, nitrogen juvana (vulkanogenik), atmosfera (tetap semasa ribut petir) dan teknogenik
Adalah mudah untuk melihat bahawa, dengan pengecualian tumbuh-tumbuhan tundra, di mana kandungan nitrogen dan unsur abu adalah lebih kurang sama, dalam tumbuh-tumbuhan hampir semua jenis lain, jisim nitrogen adalah 2 ... 3 kali kurang daripada jisim. unsur abu. Bilangan unsur yang beredar sepanjang tahun (iaitu kapasiti kitaran biologi) adalah paling besar di hutan tropika, kemudian di padang rumput chernozem dan hutan berdaun lebar di zon sederhana (hutan oak).
Kitaran oksigen
Aktiviti geokimia aktif bahan hidup dan peranan utamanya dalam proses ini jelas dinyatakan dalam kitaran oksigen. Kitaran oksigen biogeokimia ialah proses planet yang menghubungkan atmosfera dan hidrosfera dengan kerak bumi. Pautan utama dalam kitaran ini ialah: pembentukan oksigen bebas semasa fotosintesis dalam tumbuhan hijau, penggunaannya untuk pelaksanaan fungsi pernafasan oleh semua organisma hidup, untuk pengoksidaan sisa organik dan bahan bukan organik (contohnya, pembakaran bahan api) dan lain-lain. transformasi kimia yang membawa kepada pembentukan sebatian teroksida tersebut, seperti karbon dioksida dan air, dan penglibatan seterusnya dalam kitaran baharu transformasi fotosintesis.
Pertimbangan juga harus diberikan kepada penggunaan oksigen untuk pembakaran dan aktiviti manusia yang lain. Diandaikan bahawa pada masa hadapan, jumlah penggunaan oksigen tahunan akan mencecah 210...230 bilion tan.Manakala, pengeluaran tahunan gas ini oleh seluruh fitosfera ialah 240 bilion tan.
Kitaran fosforus
Clarke unsur ini dalam kerak bumi ialah 0.093 %, yang beberapa puluh kali lebih besar daripada clarke nitrogen. Namun begitu dalam tidak seperti yang terakhir, fosforus tidak memainkan peranan sebagai salah satu unsur utama cengkerang Bumi. Namun begitu, kitaran geokimia fosforus merangkumi pelbagai laluan migrasi dalam kerak bumi, kitaran biologi yang sengit, dan migrasi dalam hidrosfera. Fosforus adalah salah satu unsur organogenik utama. miliknya sebatian organik memainkan peranan penting dalam proses kehidupan semua tumbuhan dan haiwan, adalah sebahagian daripada asid nukleik, protein kompleks, fosfolipid membran, adalah asas proses biotenaga. Fosforus tertumpu dalam bahan hidup, di mana kandungannya hampir 10 kali lebih tinggi daripada di kerak bumi. Di darat, kitaran intensif fosforus berlaku dalam sistem tanah-tumbuhan-haiwan-tanah.
Proses transformasi kitaran sulfur dan sebatiannya yang agak maju telah terbentuk dalam biosfera. Dana rizab unsur ini diperuntukkan dalam tanah dan sedimen (agak luas), serta di atmosfera (kecil). Dalam dana pertukaran sulfur, peranan utama adalah milik mikroorganisma khusus, beberapa spesies yang melakukan tindak balas pengoksidaan, yang lain - pengurangan. Kitaran nitrogen dan sulfur semakin terjejas oleh pencemaran udara perindustrian. Pembakaran bahan api fosil dengan ketara meningkatkan pembebasan ke atmosfera (dan, tentu saja, kandungan di dalamnya) oksida meruap nitrogen (NO dan NO2,) dan sulfur (SO2), terutamanya di bandar. Kepekatan semasa bahan-bahan ini sudah menjadi berbahaya bagi komponen biotik ekosistem.
Berbasikal kalium
Kalium, seperti yang diketahui, mengambil bahagian dalam proses fotosintesis, mempengaruhi metabolisme karbohidrat, nitrogen dan fosforus, dengan ketara mempengaruhi sifat osmotik sel. Ia tertumpu pada buah-buahan dan biji benih, dalam tisu dan organ tumbuhan yang tumbuh secara intensif.
Setakat ini, kitaran kalium dalam persekitaran akuatik masih kurang difahami. Setiap tahun, kira-kira 90 juta tan unsur ini memasuki Lautan Dunia dengan larian air. Sebahagian daripadanya diserap oleh organisma akuatik, tetapi sejumlah besar tidak direkodkan di mana-mana, dan pergerakan seterusnya tidak diketahui.
Komponen penting kitaran ialah larian ionik dan pepejal. Peredaran unsur kimia berlaku, sebagai peraturan, dalam beberapa cangkang bersebelahan Bumi sekaligus (atmosfera dan hidrosfera, hidrosfera dan pedosfera) atau dalam ketiga-tiga geosfera secara serentak. Kebolehpercayaan dan keteguhan pelaksanaan kitaran disediakan oleh pertukaran tetap bahan dan tenaga antara geosfera. Hubungan arah seperti ini jelas ditunjukkan dalam contoh sinki ion, iaitu proses penyingkiran unsur kimia dalam keadaan terlarut ionik oleh sungai dari darat ke Lautan Dunia. Unsur kimia yang diterima dalam bentuk ionik, serta di darat, dalam persekitaran akuatik terdedah kepada organisma hidup, meneruskan kitaran. Penghijrahan unsur kimia dalam keadaan terlarut adalah proses planet yang sangat besar.
Bahan pepejal permukaan bumi tidak kekal tidak bergerak. Ia juga mengambil bahagian dalam penghijrahan, bergerak oleh perairan permukaan tanah. Air permukaan, bersama-sama dengan unsur-unsur yang berhijrah dalam keadaan terlarut atau dengan zarah koloid, membawa jisim besar serpihan batuan dan mineral, dipanggil larian pepejal (dengan analogi dengan larian air). Sebahagian besar air larian pepejal bergerak di dalam daratan, tetapi isipadu yang masuk ke laut agak besar. Setiap tahun, 22.13 bilion tan bahan klastik dan tanah liat memasuki Lautan Dunia dari benua, iaitu kira-kira 7 kali ganda jumlah bahan terlarut yang dijalankan.
Bioteknosfera dan noosfera
Keanehan kitaran biogeokimia penghijrahan. Biosfera bukan sahaja sempurna sistem tersusun, tetapi sejenis "mekanisme", di mana hubungan dan hubungan antara bahan hidup dan lengai mematuhi undang-undang yang ketat, tidak berubah seperti undang-undang pergerakan benda-benda langit. Secara geokimia, fungsi kehidupan ini dijalankan kerana pembiakan organisma. Bahan hidup mengatasi rintangan alam sekitar, berusaha untuk merebak ke wilayah bebas.
Kadar pembiakan ialah kadar pemindahan tenaga geokimia dalam biosfera. Ia bergantung bukan sahaja pada parameter astronomi, tetapi juga pada kelajuan penyebaran pancaran suria di alam sekitar, pada saiz organisma, dan pada tenaga geokimia yang terkandung di dalamnya.
Ciri penting bahan hidup ialah perbezaannya daripada persekitaran "lengai" dari segi ciri spatial dan temporal. Bahan hidup sepadan dengan ruang dan masa khas yang wujud hanya kepadanya.
Masa kewujudan individu organisma hidup dikaitkan dengan proses penuaan dan kematian yang berterusan, yang mempunyai nilai positif untuk proses evolusi, kerana kerapuhan makhluk hidup memastikan bukan sahaja kitaran bahan biogenik yang panjang dan berterusan, tetapi juga. kebolehubahan ketara bentuk morfologi.
Kesan manusia terhadap biosfera
Dengan pertumbuhan dalam penggunaan sumber semula jadi akibat revolusi perindustrian, kesan antropogenik terhadap biosfera dan komponennya secara objektif meningkat. Proses semula jadi dan pelbagai hala pertumbuhan daya produktif telah meluaskan dengan ketara julat kesan manusia terhadap alam semula jadi (termasuk yang negatif). Vernadsky menyatakan bahawa aktiviti pengeluaran manusia memperoleh skala yang setanding dengan transformasi geologi. Oleh itu, pengurangan hutan, pembajakan tanah dara, hakisan dan salinisasi tanah, dan penurunan dalam biodiversiti telah menambah faktor mekanikal dan fiziko-kimia kekal baharu yang memburukkan lagi risiko alam sekitar.
Manusia sudah mengeksploitasi lebih daripada 55% tanah, menggunakan kira-kira 13 % perairan sungai, kadar penebangan hutan mencecah 18 juta hektar setahun.
Kesan ke atas biosfera datang kepada empat bentuk utama:
Mengubah struktur permukaan bumi (membajak padang rumput, penebangan hutan, tebus guna tanah, penciptaan tasik dan laut buatan, perubahan lain dalam rejim air permukaan, dll.):
Perubahan dalam komposisi biosfera, kitaran dan keseimbangan bahan konstituennya (penyingkiran mineral, pembentukan tempat pembuangan, pembebasan pelbagai bahan ke dalam atmosfera dan badan air, perubahan dalam peredaran lembapan);
Perubahan dalam tenaga, khususnya haba, keseimbangan kawasan individu di dunia, berbahaya bagi seluruh planet;
Perubahan yang dibuat kepada biota (keseluruhan organisma hidup) akibat pemusnahan beberapa spesies, penciptaan baka haiwan dan varieti tumbuhan baharu, dan pergerakannya ke habitat baharu.
Memandangkan peranan manusia dalam evolusi biosfera, mereka mencirikan pelanggaran oleh manusia terhadap prinsip asas struktur semula jadi biosfera.
2. Kitaran biogeokimia unsur biogenik yang terlibat dalam kitaran semula jadi telah diusahakan secara evolusi dan tidak membawa kepada pengumpulan sisa. Manusia, sebaliknya, menggunakan bahan planet ini dengan sangat tidak cekap; dalam kes ini, sejumlah besar sisa dihasilkan, kebanyakannya dipindahkan daripada bentuk pasif di mana ia berada dalam persekitaran semula jadi kepada bentuk toksik yang aktif. Akibatnya, biosfera "diperkaya" dengan sebatian yang luar biasa untuknya, i.e. nisbah semula jadi unsur kimia dan bahan dilanggar.
3. Dengan kepelbagaian spesies yang besar, hubungan kompetitif dan pemangsa antara mereka menyumbang kepada penubuhan keseimbangan biologi. Jalan umat manusia, malangnya, ditandai dengan kematian banyak wakil flora dan fauna. Menurut beberapa laporan, satu spesies biologi hilang di Bumi setiap hari.
4. Aktiviti orang ramai telah membawa kepada pencabulan kestabilan penduduk. Bilangan spesies yang dikaitkan dengan manusia (tikus, lipas, dll.) semakin meningkat, manakala bilangan banyak populasi lain, sebaliknya, semakin berkurangan, dan kadang-kadang dalam perkadaran bencana, yang meletakkan spesies itu dalam bahaya kepupusan sepenuhnya.
5. Memperluas aktiviti ekonomi, orang dalam masa yang singkat menukar parameter faktor persekitaran; banyak spesies tidak mempunyai masa untuk menyesuaikan diri dengan perubahan pesat tersebut.
Kompleks faktor antropogenik yang mempengaruhi keadaan biosfera dan kesihatan penduduk sangat pelbagai.
Bioteknosfera
Bioteknosfera adalah kawasan di planet kita di mana wujud benda hidup dan objek teknikal bandar buatan manusia dan di mana interaksi dan pengaruhnya terhadap persekitaran luaran. Bioteknosfera adalah konglomerasi kompleks banyak subsistem yang dikawal oleh seseorang. Subsistem ini tidak terkumpul, tetapi menggunakan tenaga, biojisim dan oksigen biosfera.
Bioteknosfera dan subsistem teknogeniknya terletak di dalam biosfera, tetapi mereka tidak mempunyai kebanyakan sifat dan fungsi yang wujud dalam ekosistem semula jadi.
Selagi manusia wujud, bioteknosfera akan berkembang. Tetapi bioteknosfera harus berada dalam keadaan sara diri ekologi, selaras dengan undang-undang alam dan memenuhi keperluan masyarakat manusia. Pada masa yang sama, masyarakat mesti secara sengaja dan munasabah mempengaruhi kuasa alam.
Noosfera
Noosfera- peringkat tertinggi pembangunan biosfera, dicirikan oleh pemeliharaan semua corak semula jadi yang wujud dalam biosfera (dengan tahap pembangunan daya produktif yang tinggi, organisasi saintifik kesan masyarakat terhadap alam semula jadi), kemungkinan maksimum masyarakat untuk memenuhi keperluan material dan budaya manusia.
Noosfera ialah keadaan baharu biosfera, berdasarkan hubungan sejagat antara alam dan masyarakat, apabila evolusi selanjutnya planet Bumi dipandu oleh akal.
Dia menganggap keperluan untuk memindahkan biosfera ke noosfera sebagai penjamin kelangsungan hidup manusia moden.
Peralihan ke noosfera adalah proses yang sukar dan perlahan untuk membangunkan prinsip tindakan bersepadu, tingkah laku baharu manusia, mengubah piawaian, menyusun semula keseluruhan makhluk. Manusia mesti mula mengawal selia penduduknya secara munasabah dan mengurangkan tekanan negatif ke atas alam semula jadi dengan ketara, dan seterusnya membangunkan teknologi yang kukuh untuk membina noosfera berdasarkan pemeliharaan biosfera sebagai prasyarat untuk kehidupan.
Terdapat pertukaran berterusan unsur kimia antara litosfera, hidrosfera, atmosfera dan organisma hidup Bumi. Proses ini adalah kitaran: setelah berpindah dari satu sfera ke satu lagi, unsur-unsur kembali semula ke keadaan asalnya. Peredaran unsur telah berlaku sepanjang sejarah Bumi, berjumlah 4.5 bilion tahun.
Jisim gergasi bahan kimia dibawa oleh perairan lautan. Pertama sekali, ini terpakai kepada gas terlarut - karbon dioksida, oksigen, nitrogen. Air sejuk latitud tinggi melarutkan gas-gas atmosfera. Bertindak dengan arus laut di zon tropika, ia membebaskannya, kerana keterlarutan gas berkurangan apabila dipanaskan. Penyerapan dan pembebasan gas juga berlaku semasa perubahan musim panas dan sejuk dalam setahun.
Kemunculan kehidupan di planet ini mempunyai kesan yang besar terhadap kitaran semula jadi beberapa unsur. Ini, pertama sekali, merujuk kepada peredaran unsur-unsur utama bahan organik - karbon, hidrogen dan oksigen, serta unsur-unsur penting seperti nitrogen, sulfur dan fosforus. Organisma hidup juga mempengaruhi peredaran banyak unsur logam. Walaupun pada hakikatnya jumlah jisim organisma hidup di Bumi adalah berjuta-juta kali kurang daripada jisim kerak bumi, tumbuhan dan haiwan memainkan peranan penting dalam pergerakan unsur kimia.
Aktiviti manusia juga mempengaruhi kitaran unsur. Ia telah menjadi sangat ketara pada abad yang lalu. Apabila mempertimbangkan aspek kimia perubahan global dalam kitaran unsur kimia, seseorang harus mengambil kira bukan sahaja perubahan dalam kitaran semula jadi akibat penambahan atau penyingkiran bahan kimia yang terdapat di dalamnya akibat daripada kesan kitaran biasa atau yang disebabkan oleh manusia, tetapi juga pembebasan bahan kimia ke dalam persekitaran yang sebelum ini tidak wujud di alam semula jadi. Mari kita pertimbangkan salah satu contoh terpenting pergerakan kitaran dan penghijrahan unsur kimia.
Karbon, unsur asas kehidupan, terdapat di atmosfera dalam bentuk karbon dioksida. Di lautan dan perairan tawar Bumi, karbon berada dalam dua bentuk utama: dalam komposisi bahan organik dan dalam komposisi zarah bukan organik yang saling berkaitan: ion bikarbonat -, ion karbonat dan karbon dioksida terlarut. Sejumlah besar karbon tertumpu dalam bentuk sebatian organik dalam haiwan dan tumbuhan. Banyak bahan organik "tidak hidup" terdapat di dalam tanah. Karbon litosfera juga terkandung dalam mineral karbonat (batu kapur, dolomit, kapur, marmar). Sebahagian daripada karbon terdapat dalam minyak, arang batu dan gas asli.
Pautan dalam kitaran karbon semula jadi ialah karbon dioksida (Rajah 1).
Gambar rajah ringkas kitaran karbon global. Nombor dalam kotak mencerminkan saiz tangki dalam berbilion tan - gigaton (Gt). Anak panah menunjukkan fluks dan nombor yang berkaitan adalah dalam Gt/thn.
Takungan karbon terbesar ialah sedimen marin dan batuan sedimen di darat. Walau bagaimanapun, kebanyakan perkara ini tidak berinteraksi dengan atmosfera, tetapi kitaran melalui bahagian pepejal Bumi pada skala masa geologi. Oleh itu, takungan ini hanya memainkan peranan sekunder dalam kitaran karbon yang agak pantas yang berlaku dengan penyertaan atmosfera. Takungan terbesar seterusnya ialah air laut. Tetapi di sini, bahagian dalam lautan, di mana jumlah utama karbon terkandung, tidak berinteraksi dengan atmosfera secepat permukaannya. Takungan terkecil ialah biosfera darat dan atmosfera. Ia adalah saiz kecil takungan terakhir yang menjadikannya sensitif kepada perubahan kecil dalam peratusan karbon dalam takungan (besar) lain, seperti semasa membakar bahan api fosil.
Kitaran karbon global moden terdiri daripada dua kitaran yang lebih kecil. Yang pertama adalah pengikatan karbon dioksida semasa fotosintesis dan pembentukan barunya semasa hayat tumbuhan dan haiwan, serta semasa penguraian sisa organik. Kitaran kedua adalah disebabkan oleh interaksi karbon dioksida atmosfera dan perairan semula jadi:
Pada abad yang lalu, perubahan ketara telah dibuat kepada kitaran karbon oleh aktiviti ekonomi manusia. Pembakaran bahan api fosil - arang batu, minyak dan gas - telah menyebabkan peningkatan dalam pembebasan karbon dioksida ke atmosfera. Ini tidak banyak menjejaskan pengagihan jisim karbon antara cengkerang Bumi, tetapi boleh membawa akibat yang serius akibat peningkatan kesan rumah hijau.
Aktiviti organisma hidup dalam biosfera disertai dengan pengekstrakan sejumlah besar mineral dari alam sekitar. Selepas kematian organisma, unsur kimia konstituennya dikembalikan ke alam sekitar. Ini adalah bagaimana peredaran biogenik (dengan penyertaan organisma hidup) bahan di alam semula jadi timbul, iaitu, peredaran bahan antara litosfera, atmosfera, hidrosfera dan organisma hidup. Kitaran bahan difahami sebagai proses pengulangan transformasi dan pergerakan bahan dalam alam semula jadi, yang mempunyai watak kitaran yang lebih kurang jelas.
Semua organisma hidup mengambil bahagian dalam peredaran bahan, menyerap beberapa bahan dari persekitaran luaran dan melepaskan yang lain ke dalamnya. Oleh itu, tumbuhan mengambil karbon dioksida, air dan garam mineral dari persekitaran luaran dan membebaskan oksigen ke dalamnya. Haiwan menyedut oksigen yang dikeluarkan oleh tumbuhan, dan apabila mereka memakannya, mereka mengasimilasikan bahan organik yang disintesis daripada air dan karbon dioksida dan membebaskan karbon dioksida, air dan bahan daripada bahagian makanan yang tidak tercerna. Apabila tumbuhan dan haiwan mati diuraikan oleh bakteria dan kulat, jumlah tambahan karbon dioksida terbentuk, dan bahan organik ditukar menjadi mineral yang memasuki tanah dan diserap semula oleh tumbuhan. Oleh itu, atom unsur kimia utama sentiasa berhijrah dari satu organisma ke organisma yang lain, dari tanah, atmosfera dan hidrosfera kepada organisma hidup, dan dari mereka ke alam sekitar, dengan itu mengisi semula bahan tidak bernyawa biosfera. Proses-proses ini berulang kali tidak terhingga. Jadi, sebagai contoh, semua oksigen atmosfera melalui bahan hidup dalam 2 ribu tahun, semua karbon dioksida - dalam 200-300 tahun.
Peredaran berterusan unsur-unsur kimia dalam biosfera sepanjang lebih atau kurang laluan tertutup dipanggil kitaran biogeokimia. Keperluan untuk peredaran sedemikian dijelaskan oleh ketersediaan terhad rizab mereka di planet ini. Untuk memastikan infiniti kehidupan, unsur kimia mesti bergerak dalam bulatan. Peredaran setiap unsur kimia adalah sebahagian daripada peredaran besar umum bahan di Bumi, iaitu, semua kitaran saling berkait rapat.
Kitaran jirim, seperti semua proses yang berlaku di alam semula jadi, memerlukan bekalan tenaga yang berterusan. Asas kitaran biogenik yang memastikan kewujudan hidupan ialah tenaga suria. Tenaga yang terikat dalam bahan organik berkurangan di sepanjang langkah rantai makanan, kerana kebanyakannya memasuki persekitaran dalam bentuk haba atau dibelanjakan untuk pelaksanaan proses yang berlaku dalam organisma.Oleh itu, aliran tenaga dan transformasinya diperhatikan. dalam biosfera. Oleh itu, biosfera boleh menjadi stabil hanya di bawah keadaan peredaran bahan yang berterusan dan kemasukan tenaga suria.
"Peredaran
dalam alam semula jadi."
Aktiviti organisma hidup disertai dengan pengekstrakan sejumlah besar bahan mineral daripada alam semula jadi yang tidak bernyawa di sekelilingnya. Selepas kematian organisma, unsur kimia konstituennya dikembalikan ke alam sekitar. Ini adalah bagaimana peredaran biogenik bahan dalam alam semula jadi timbul, i.e. peredaran bahan antara atmosfera, hidrosfera, litosfera dan organisma hidup.
Mari kita berikan beberapa contoh.
Kitaran air. Di bawah pengaruh tenaga suria, air
menyejat dari permukaan badan air dan diangkut oleh arus udara pada jarak yang jauh. Jatuh pada
permukaan tanah dalam bentuk kerpasan, ia menyumbang kepada pemusnahan batuan dan menjadikan mineral yang membentuknya
kaki untuk tumbuhan, mikroorganisma dan haiwan. Dia
menghakis lapisan atas tanah dan daun bersama-sama dengan
sebatian kimia yang dicipta di dalamnya dan terampai zarah organik dan bukan organik ke dalam laut dan lautan. Peredaran air antara lautan dan darat
pautan penting dalam mengekalkan kehidupan di Bumi.
Tumbuhan mengambil bahagian dalam kitaran air dalam dua cara: mereka mengeluarkannya dari tanah dan menyejat ke atmosfera; Sebahagian daripada air dalam sel tumbuhan dipecahkan semasa fotosintesis. Dalam kes ini, hidrogen ditetapkan dalam bentuk organik
sebatian kimia, dan oksigen memasuki atmosfera.
Haiwan mengambil air untuk mengekalkan keseimbangan osmotik dan garam dalam badan dan melepaskannya ke persekitaran luaran bersama-sama dengan produk metabolik.
Kitaran karbon. Karbon memasuki biosfera dalam
hasil daripada penetapannya semasa fotosintesis. Jumlah karbon setiap tahun yang diikat oleh tumbuhan dianggarkan
berjumlah 46 bilion tan.Sebahagian daripadanya memasuki badan haiwan
dan dibebaskan hasil daripada pernafasan dalam bentuk CO2, yang
memasuki semula suasana. Selain itu, stok karbon
di atmosfera diisi semula kerana aktiviti gunung berapi dan pembakaran bahan api fosil manusia. Walaupun
bahagian utama karbon dioksida yang memasuki atmosfera diserap oleh lautan dan dimendapkan dalam bentuk karbon-
naik.
- 2 -
Kitaran nitrogen. Nitrogen adalah salah satu biogenik utama
unsur - terdapat dalam kuantiti yang banyak di atmosfera, di mana ia adalah 80% daripada jumlah jisim gasnya
komponen. Walau bagaimanapun, dalam bentuk molekul, ia tidak boleh
digunakan oleh tumbuhan atau haiwan yang lebih tinggi.
ke dalam bentuk yang boleh digunakan, nitrogen atmosfera
memindahkan nyahcas elektrik (yang membentuk
nitrogen oksida, yang digabungkan dengan air memberikan asid nitrus dan nitrik), bakteria pengikat nitrogen dan alga biru-hijau. Pada masa yang sama, ammonia terbentuk, yang
bakteria kemosintetik lain berturut-turut
membawa kepada nitrit dan nitrat. Yang terakhir adalah yang paling mudah dihadam untuk tumbuhan. Penetapan nitrogen biologi di darat
membuat kira-kira 1 g / m 2, dan di kawasan subur ia mencapai
Gaet 20 g/m 2 .
Selepas organisma mati, bakteria reput menguraikan sebatian yang mengandungi nitrogen kepada ammonia. sebahagian daripadanya
masuk ke atmosfera, sebahagiannya dipulihkan oleh denitrifikasi
mengurangkan bakteria kepada molekul nitrogen, tetapi yang utama
jisim dioksidakan kepada nitrit dan nitrat dan digunakan semula. Sejumlah sebatian nitrogen mendap di dalam
sedimen air sampingan dan untuk masa yang lama (berjuta-juta tahun)
datang dari kitaran. Kerugian ini dibayar pampasan oleh
pembebasan nitrogen ke atmosfera dengan gas gunung berapi.
Kitaran sulfur. Sulfur terdapat dalam protein dan juga
merupakan elemen penting. Dalam bentuk bersama-
sebatian dengan logam - sulfida - ia berlaku dalam bentuk bijih
di darat dan merupakan sebahagian daripada sedimen laut dalam. Ke dalam-
kaki untuk asimilasi bentuk larut sebatian ini
diterjemahkan oleh bakteria kemosintetik yang mampu
menerima tenaga dengan mengoksidakan sebatian terkurang
sulfur. Akibatnya, sulfat terbentuk, yang
digunakan oleh tumbuhan. sulfat yang mendalam
terlibat dalam kitaran oleh kumpulan mikroorganisma lain yang mengurangkan sulfat kepada hidrogen sulfida.
Kitaran fosforus. Takungan fosforus ialah
meletakkan sebatiannya di dalam batu. Disebabkan pencucian
ia memasuki sistem sungai dan sebahagiannya digunakan oleh tumbuhan, dan sebahagiannya terbawa-bawa ke laut, di mana ia menetap di dalam.
mendapan air. Di samping itu, di dunia setiap tahun
daripada 1 hingga 2 juta tan. batuan yang mengandungi fosforus. Besar
sebahagian daripada fosforus ini juga dibasuh dan disingkirkan daripada
peredaran. Terima kasih kepada memancing, sebahagian daripada fosforus dikembalikan
datang ke darat dalam saiz kecil (kira-kira 60 ribu tan unsur
fosforus mental setiap tahun).
Daripada contoh-contoh di atas, dapat dilihat betapa signifikannya
organisma hidup memainkan peranan dalam evolusi alam semula jadi yang tidak bernyawa. Aktiviti mereka memberi kesan ketara kepada pembentukan komposisi atmosfera dan kerak bumi. Sumbangan yang besar kepada
memahami hubungan antara benda hidup dan bukan hidup
telah diperkenalkan oleh saintis Soviet yang cemerlang V.I. Vernadsky. Dia
mendedahkan peranan geologi organisma hidup dan menunjukkan
bahawa aktiviti mereka adalah faktor yang paling penting
transformasi cangkang mineral planet ini.
Oleh itu, organisma hidup, mengalami pengaruh faktor alam semula jadi tidak bernyawa, oleh aktiviti mereka
mengubah keadaan persekitaran, i.e. habitat mereka. Ini membawa kepada perubahan dalam struktur seluruh komuniti - biocenosis.
Telah ditetapkan bahawa nitrogen, fosforus dan kalium boleh mempunyai kesan positif yang paling besar terhadap hasil tanaman.
tumbuhan, dan oleh itu ketiga-tiga unsur ini dalam kuantiti terbesar dimasukkan ke dalam tanah dengan baja yang digunakan dalam pertanian. Oleh itu, nitrogen dan fosforus ternyata menjadi yang utama
Ini adalah satu lagi sebab untuk eutrofikasi tasik yang dipercepatkan di negara-negara dengan pertanian intensif. Eutrofikasi ialah proses
pelindapkejutan badan air dengan nutrien. Dia pra-
adalah fenomena semula jadi di tasik, sejak sungai
membawa nutrien dari saliran sekeliling
kawasan-kawasan. Walau bagaimanapun, proses ini biasanya berjalan sangat perlahan, selama beribu-ribu tahun.
Eutrofikasi tidak semulajadi, yang membawa kepada peningkatan pesat dalam produktiviti tasik, berlaku akibat air larian dari tanah pertanian, yang boleh diperkaya dengan nutrien baja.
Terdapat juga dua sumber penting fosforus - kumbahan dan detergen. Air kumbahan, kedua-duanya dalam bentuk asal dan diproses, diperkaya dengan fosfat. Detergen isi rumah mengandungi 15% hingga 60% fosfat terbiodegradasi. Secara ringkas, boleh dirumuskan bahawa eutrofikasi akhirnya membawa kepada kehabisan sumber oksigen dan kematian kebanyakan organisma hidup di tasik, dan dalam situasi yang melampau di sungai.
Organisma dalam ekosistem diikat bersama oleh persamaan tenaga dan nutrien, dan adalah perlu untuk membezakan dengan jelas antara ini.
dua konsep. Keseluruhan ekosistem boleh diibaratkan sebagai satu
khanizma, mengambil tenaga dan nutrien untuk melakukan kerja. Nutrien asalnya berasal daripada komponen abiotik sistem,
yang akhirnya mereka kembali sama ada sebagai
bahan buangan, atau selepas kematian dan kemusnahan organisma. Oleh itu, dalam ekosistem
kitaran nutrien yang berterusan
Kedua-dua komponen hidup dan bukan hidup terlibat. Kitaran sedemikian dipanggil kitaran biogeokimia.
Aliran tenaga dan kitaran unsur biogenik dalam
ekosistem.
Tenaga Biotik Terma
tenaga komponen cahaya
Matahari Biogenik
elemen
Abiotik
komponen
Aliran tenaga
Kitaran nutrien
Pada kedalaman berpuluh-puluh kilometer, batuan dan mineral terdedah kepada tekanan tinggi dan gelap
peratur. Akibatnya, metamorfisme (perubahan) struktur, mineral, dan kadangkala komposisi kimia berlaku.
va, yang membawa kepada pembentukan batuan metamorf.
genera boleh mencair dan membentuk magma. Dalaman
Tenaga bumi (iaitu daya endogen) mengangkat magma ke permukaan. Dengan batuan cair, i.e. magma, unsur kimia dibawa ke permukaan Bumi semasa letusan gunung berapi, membeku dalam ketebalan kerak bumi dalam bentuk pencerobohan. Proses pembinaan gunung menaikkan batuan dan mineral dalam ke permukaan Bumi. Di sini, batu terdedah kepada matahari, air, haiwan dan tumbuhan, i.e. dipecahkan, diangkut dan disimpan sebagai pemendakan di lokasi baharu. Akibatnya, batuan sedimen terbentuk. Mereka terkumpul di zon mudah alih kerak bumi dan, apabila membongkok, sekali lagi turun ke kedalaman yang besar (lebih 10 km).
Proses metamorfisme, pengangkutan,
penghabluran, dan unsur kimia kembali ke permukaan Bumi. "Laluan" unsur kimia sedemikian dipanggil kitaran geologi yang besar. Kitaran geologi tidak ditutup, kerana sebahagian daripada unsur kimia meninggalkan peredaran: ia dibawa pergi ke angkasa, diikat oleh ikatan kuat di permukaan bumi, dan sebahagiannya datang dari luar, dari angkasa, dengan meteorit.
Kitaran geologi ialah perjalanan global unsur-unsur kimia dalam planet ini. Mereka membuat perjalanan yang lebih pendek di Bumi dalam individu
plot dia. Pemula utama adalah bahan hidup. Organisma secara intensif menyerap unsur kimia dari tanah, udara, air. Tetapi pada masa yang sama mereka kembali. Unsur kimia dicuci keluar dari tumbuhan oleh air hujan, dilepaskan ke atmosfera semasa respirasi, dan dimendapkan di dalam tanah selepas kematian organisma. Unsur kimia yang dikembalikan berulang kali terlibat dalam "perjalanan" oleh benda hidup. Semua bersama-sama membentuk kitaran biologi, atau kecil, unsur kimia. Dia juga bukan sebat kunci.
Beberapa elemen "pengembara" terbawa-bawa melampaui batasnya dengan dangkal dan air bawah tanah, beberapa - untuk masa yang berlainan "dimatikan" dari kitaran dan berlarutan di dalam pokok, tanah, gambut.
Satu lagi laluan unsur kimia berjalan dari atas ke bawah dari puncak dan aliran air ke lembah dan dasar sungai, lekukan, lekukan. Di kawasan tadahan air, unsur kimia
polis tiba hanya dengan kerpasan atmosfera, dan dibawa turun dengan air dan di bawah pengaruh graviti. Penggunaan bahan mengatasi pengambilan, seperti yang dibuktikan dengan nama landskap tadahan air - eluvial.
Di cerun, kehidupan unsur kimia berubah. Kelajuan pergerakan mereka meningkat secara mendadak, dan mereka "pro
lereng-lereng menunggang seperti penumpang yang selesa duduk di dalam petak kereta api.Lanskap cerun dipanggil landskap transit.
Unsur kimia boleh "berehat" dari jalan hanya dalam landskap terkumpul (terkumpul),
diletakkan dalam lekukan pelepasan. Di tempat-tempat ini, mereka sering kekal, mewujudkan keadaan pemakanan yang baik untuk tumbuh-tumbuhan. Dalam sesetengah kes, tumbuh-tumbuhan perlu berurusan dengan lebihan unsur kimia.
Sudah bertahun-tahun yang lalu, manusia campur tangan dalam pengedaran unsur kimia. Sejak awal abad kedua puluh, aktiviti manusia telah menjadi cara utama perjalanan mereka. Semasa pengekstrakan mineral, sejumlah besar bahan dikeluarkan dari kerak bumi. perindustrian mereka
Kerja ini disertai dengan pelepasan unsur kimia dengan sisa pengeluaran ke atmosfera, air, dan tanah. Ia mencemarkan habitat organisma hidup. Kawasan baru dengan kepekatan bahan kimia yang tinggi
unsur - anomali geokimia buatan manusia. Ia biasa berlaku di sekitar lombong logam bukan ferus (tembaga,
memimpin). Kawasan ini kadang-kadang menyerupai landskap bulan, kerana mereka hampir tidak mempunyai kehidupan kerana kandungan unsur berbahaya yang tinggi di dalam tanah dan perairan. Tidak mustahil untuk menghentikan kemajuan saintifik dan teknologi, tetapi seseorang harus ingat bahawa terdapat ambang dalam pencemaran alam sekitar, yang tidak dapat diseberangi, di mana penyakit manusia dan bahkan kepupusan tamadun tidak dapat dielakkan.
Setelah mencipta "buangan" biogeokimia, alam semula jadi, mungkin, ingin memberi amaran kepada seseorang terhadap aktiviti yang tidak bermoral dan tidak bermoral, untuk menunjukkan kepadanya dengan contoh yang jelas bagaimana pelanggaran pengedaran unsur kimia dalam kerak bumi dan di permukaannya membawa kepada .
Bimbingan
Perlukan bantuan mempelajari topik?
Pakar kami akan menasihati atau menyediakan perkhidmatan tunjuk ajar mengenai topik yang anda minati.
Hantar permohonan menunjukkan topik sekarang untuk mengetahui tentang kemungkinan mendapatkan perundingan.
KITARAN BIOGENIK
Mari kita pertimbangkan peredaran yang memainkan peranan terbesar dalam biosfera, yang termasuk kitaran biogeokimia karbon, nitrogen, oksigen, sulfur dan fosforus.
Kitaran karbon. Sumber karbon di alam semula jadi adalah sama banyak kerana ia berbeza-beza. Sementara itu, hanya karbon dioksida, sama ada dalam keadaan gas di atmosfera atau dalam keadaan terlarut dalam air, merupakan sumber karbon yang berfungsi sebagai asas pemprosesan.
ia ke dalam bahan organik makhluk hidup. Diserap oleh tumbuhan semasa fotosintesis, ia bertukar menjadi gula, dan dalam proses biosintetik lain ia ditukar menjadi protein, lipid, dll. Ini pelbagai bahan berfungsi sebagai makanan karbohidrat untuk haiwan dan tumbuhan bukan hijau. Haiwan saprofaj dan mikroorganisma yang hidup di dalam tanah mengubah tumbuhan mati dan sisa haiwan menjadi pembentukan baru bahan organik, lapisan jisim coklat atau hitam yang lebih kuat - humus. Kadar tindakan organisma yang mereput pada humus adalah jauh daripada sama, dan rantai kulat dan bakteria yang membawa kepada mineralisasi akhir karbon adalah panjang yang berbeza. Kadang-kadang rantai boleh pendek dan tidak lengkap: sisa organik terkumpul dalam bentuk gambut dan membentuk tanah gambut. Di sesetengah paya dengan penutup tebal lumut sphagnum, lapisan gambut boleh mencapai 20 m atau lebih. Di sinilah kitaran karbon berhenti. Endapan sebatian organik fosil dalam bentuk arang batu dan minyak menunjukkan genangan peredaran pada skala masa geologi (Rajah 3).
Genangan kitaran karbon juga berlaku di dalam air, kerana karbon dioksida terkumpul dalam bentuk CaCO 3 (kapur, batu kapur atau karang) yang berasal dari kimia atau biogenik. Selalunya jisim karbon ini kekal di luar peredaran untuk keseluruhan tempoh geologi, sehingga CaCO3 naik di atas permukaan laut dalam bentuk banjaran gunung. Dari saat ini, kemasukan karbon dan kalsium ke dalam peredaran bermula kerana larut lesap batu kapur oleh pemendakan, di bawah pengaruh lichen, serta akar tumbuhan berbunga. Aktiviti manusia memainkan peranan penting dalam kitaran karbon. Manusia setiap tahun menggunakan kira-kira 6 · 10 9 tan karbon fosil. Sekiranya karbon dioksida yang terbentuk hasil daripada pembakaran tidak dikeluarkan dari atmosfera, peningkatan tahunan kandungannya di udara akan menjadi 2.3 juta tan.Sejak 100 tahun yang lalu, kandungan karbon dioksida telah meningkat daripada 290 kepada 320 juta tan. , dan lebih daripada 1/5 daripada peningkatan ini jatuh untuk dekad yang lalu. Oleh itu, jumlah peningkatan kandungan karbon dioksida di atmosfera adalah kira-kira hanya 1/3 daripada jumlah gas yang dibebaskan semasa pembakaran (dalam jisim mutlak - 200 · 10 9 t). Baki karbon dioksida masuk ke dalam pertumbuhan tumbuhan (kerana diketahui tumbuhan tumbuh lebih cepat jika kandungan CO2 di atmosfera lebih tinggi); sebahagian daripadanya larut dalam perairan lautan. Walaupun, menurut beberapa anggaran, biojisim tanah boleh meningkat sebanyak 15 · 10 9 tan dalam tempoh 100 tahun yang lalu, tetapi tiada bukti langsung untuk ini.
Keamatan aktiviti manusia semakin meningkat. Meningkat dari tahun ke tahun dan kadar penggunaan bahan api fosil. Dalam 15 tahun, kandungan CO 2 di atmosfera akan meningkat daripada 320 kepada 375 -
400 juta tan Peningkatan kandungan CO 2 di atmosfera pasti akan membawa kepada peningkatan suhu permukaan bumi, dan, akibatnya, kepada pencairan glasier, peningkatan paras lautan dan lain-lain yang sama. akibat yang serius. Oleh itu, manusia berhadapan dengan tugas mencari sumber tenaga dan proses teknologi, di mana kandungan karbon dioksida di udara tidak akan berkembang pada kadar yang begitu ketara. Ia juga diketahui bahawa penebangan hutan, penggunaan tanah untuk jalan raya dan bangunan mengurangkan kawasan penutup hijau Bumi dan mengurangkan kadar asimilasi. Apabila menggunakan fitocenoses semula jadi dan menggantikannya dengan yang budaya, seseorang harus mengingati keperluan untuk mengekalkan tahap keseluruhan fotosintesis, dan lebih baik lagi, untuk memastikan peningkatannya.
kitaran nitrogen- proses yang sukar. Walaupun nitrogen menyumbang 70% daripada atmosfera, ia perlu diperbaiki,
supaya ia dalam bentuk sebatian kimia tertentu. Cara penetapan nitrogen sangat pelbagai (Rajah 4). Penetapan nitrogen berlaku semasa aktiviti gunung berapi, semasa pelepasan kilat di atmosfera, apabila pengionannya berlaku, pada saat pembakaran meteorit. Walau bagaimanapun, peranan yang sangat besar dalam proses penetapan nitrogen adalah milik mikroorganisma, kedua-duanya hidup bebas dan hidup pada akar dalam nodul khas, dan kadang-kadang pada daun sesetengah tumbuhan.
Takungan besar nitrogen molekul bebas di atmosfera tidak digunakan secara langsung oleh tumbuhan yang lebih tinggi, kerana ia memerlukan banyak tenaga untuk memecahkan ikatan kuat antara atom dalam molekul N 2. Hanya 0.001% nitrogen biosfera terikat dalam biojisim dan metabolit organisma. Penukaran nitrogen molekul kepada keadaan terikat dilakukan secara semula jadi oleh mikroorganisma pengikat nitrogen, yang membentuk sebatian daripadanya dengan kumpulan amino NH 2 - produk utama penetapan nitrogen, yang termasuk dalam kitaran biogenik oleh semua organisma lain : mikrob, tumbuhan, kulat, haiwan. Selepas itu, sebatian yang kaya dengan nitrogen (ammonia, ion ammonium, asid amino) dioksidakan dalam air dan dalam tanah oleh bakteria pembentuk nitrit dan nitrat kepada nitrogen oksida NO 2 dan NO 3, dan pada peringkat terakhir kitaran, oksida ini. ditukar dengan bakteria denitrifikasi semula menjadi nitrogen molekul yang memasuki atmosfera. Setiap tahun, bakteria menukar sekurang-kurangnya 1 bilion tan nitrogen ke dalam bentuk terikat, manakala jumlah nitrogen terikat dalam baja mineral tidak melebihi 90 juta tan setahun.
Organisma pengikat nitrogen pada akar tumbuhan diwakili oleh bakteria, kurang kerap oleh kulat. Nodul dengan organisma pengikat nitrogen berkembang pada akar wakil keluarga kekacang dan tumbuhan lain dari pelbagai gabungan sistematik. Keluaran nitrogen tetap untuk bakteria nodul yang hidup pada akar kekacang selalunya 350 kg/ha setahun, i.e. kira-kira 100 kali lebih tinggi daripada organisma pengikat nitrogen yang hidup bebas.
Mungkin campur tangan manusia terbesar dalam kitaran semula jadi ialah penetapan industri nitrogen. Menurut K. Delvich (1972), industri setiap tahun membetulkan nitrogen sebanyak ia ditetapkan oleh organisma hidup sebelum pengenalan teknologi pertanian moden.
Kitaran oksigen. Tidak dinafikan, kebanyakan oksigen di atmosfera adalah berasal dari biogenik, hanya sebahagian kecil daripadanya muncul akibat fotolisis (penguraian air menjadi oksigen dan hidrogen oleh tenaga cahaya). Peranan makhluk hidup dan bahan organik dalam pembentukan karbon dioksida atmosfera juga tidak dapat dipertikaikan. Dapat dinyatakan dengan pasti bahawa kehidupan yang timbul
nasi. 4. Penilaian jumlah nitrogen tetap yang hilang dan diperoleh oleh biosfera dalam pelbagai proses (P.Dyuvino, M.Tang, 1968). Pada tahun ini, hampir 92 juta tan nitrogen tetap memasuki biosfera (bar tidak berlorek), dan kira-kira 83 juta tan kembali ke atmosfera akibat denitrifikasi (bar berlorek). "Hilang" kira-kira 9 juta tan, nampaknya, disimpan setiap tahun di biosfera dalam tanah, air bawah tanah, tasik, sungai dan lautan
di Bumi, secara beransur-ansur membawa kepada penampilan komposisi moden atmosfera, yang disokong oleh aktiviti makhluk hidup. Dari segi kuantitatif, oksigen adalah komponen utama bahan hidup. Jika kita mengambil kira air yang terkandung dalam tisu, maka, sebagai contoh, tubuh manusia mengandungi 62.8% oksigen dan 19.4% karbon. Jika kita menganggap biosfera secara keseluruhan, unsur ini, berbanding dengan karbon dan hidrogen, adalah unsur utama di antara bahan mudah.
Kitaran oksigen sangat rumit oleh keupayaan unsur untuk membentuk banyak sebatian kimia, yang dibentangkan dalam pelbagai bentuk. Akibatnya, terdapat banyak epicycle yang berlaku di antara litosfera dan atmosfera, atau antara hidrosfera dan kedua-dua media ini.
Oksigen yang terkandung dalam atmosfera dan banyak mineral permukaan (kalsit enapan, bijih besi) adalah berasal dari biogenik. Mendapan oksida besi pasca-Cambrian yang besar membuktikan aktiviti hebat organisma primitif, yang kadangkala mengikat semua oksigen bebas hidrosfera dalam biojisim dan metabolitnya. Pembentukan skrin ozon di atmosfera, yang mampu mengekalkan sinaran ultraungu yang paling berbahaya, bermula dari saat oksigen mencapai kepekatan kira-kira 1% daripada kandungan semasanya. Selepas itu, organisma eukariotik autotrof dapat berkembang di lapisan atas air (di mana fluks suria adalah yang paling berkuasa), yang meningkatkan keamatan fotosintesis dan, dengan itu, pengeluaran oksigen.
Penggunaan oksigen atmosfera dan penggantiannya oleh pengeluar utama agak pantas. Ia telah dikira bahawa ia mengambil masa 2,000 tahun untuk memperbaharui sepenuhnya semua oksigen atmosfera. Sebaliknya, ia mengambil masa 2 juta tahun untuk semua molekul air dalam hidrosfera menjalani fotolisis dan disintesis semula oleh organisma hidup. Bagi karbon dioksida atmosfera, kitaran lengkapnya berlaku dengan sangat cepat, kerana ia hanya mengambil masa 300 tahun untuk pembaharuan sepenuhnya. Kebanyakan oksigen yang dihasilkan semasa zaman geologi tidak kekal di atmosfera, tetapi telah ditetapkan dalam litosfera dalam bentuk karbonat, sulfat, oksida besi, dll. Jisim ini ialah 590 · 10 14 tan melawan 39 · 10 14 tan oksigen yang beredar dalam biosfera dalam bentuk gas atau sulfat yang terlarut dalam perairan lautan dan benua.
Kitaran sulfur. Bahagian utama kitaran unsur ini adalah bersifat sedimen dan berlaku di dalam tanah dan air dengan kehadiran banyak sebatian sulfur gas, seperti hidrogen sulfida dan sulfur dioksida.
Sumber utama sulfur yang tersedia untuk makhluk hidup adalah pelbagai sulfat. Keterlarutan air yang baik bagi banyak sulfat
memudahkan akses sulfur tak organik kepada ekosistem. Menyerap sulfat, tumbuhan memulihkannya dan menghasilkan asid amino yang mengandungi sulfur (metionin, sistein, sistin).
Semua jenis sisa organik dalam biocenosis diuraikan oleh bakteria heterotropik, yang akhirnya membentuk hidrogen sulfida daripada sulfoprotein yang terkandung dalam tanah.
Kelodak hitam, yang secara semula jadi berlaku di dasar beberapa laut (contohnya, Laut Hitam), tasik, serta dalam pelbagai takungan benua air tawar selepas pencemaran manusia, kaya dengan organisma pengurai sulfur yang berfungsi dalam keadaan anaerobik. Beberapa jenis bakteria, seperti beggiatoa, boleh mengurangkan hidrogen sulfida kepada unsur sulfur. Walau bagaimanapun, terdapat bakteria yang sekali lagi boleh mengoksidakan hidrogen sulfida kepada sulfat, yang sekali lagi meningkatkan bekalan sulfur yang tersedia kepada pengeluar.
Fasa terakhir kitaran sulfur adalah sedimen sepenuhnya. Ia terdiri daripada pemendakan unsur ini di bawah keadaan anaerobik dengan kehadiran besi. Pelbagai peringkat proses ini, terutamanya yang boleh diterbalikkan, membolehkan penggunaan rizab batuan sedimen.
Oleh itu, fasa terakhir kitaran sulfur berakhir dengan pengumpulannya yang perlahan dan beransur-ansur dalam batuan enapan dalam.
Kitaran fosforus. Unsur ini adalah salah satu komponen utama bahan hidup, di mana ia terkandung dalam jumlah yang agak besar.
Rizab fosforus yang tersedia untuk makhluk hidup tertumpu sepenuhnya di litosfera. Sumber utama fosforus tak organik ialah batuan igneus (cth, apatit) atau batuan sedimen (cth, fosforit). Fosfor mineral adalah unsur yang jarang berlaku dalam biosfera; dalam kerak bumi, kandungannya tidak melebihi 1%, yang merupakan faktor utama yang mengehadkan produktiviti ekosistem. Fosfor tak organik daripada batuan kerak bumi ditarik ke dalam peredaran melalui larut lesap dan pelarutan di perairan benua. Ia memasuki ekosistem daratan dan diserap oleh tumbuhan, yang, dengan penyertaannya, mensintesis pelbagai sebatian organik, dan dengan itu termasuk dalam rantai trofik. Kemudian fosfat organik, bersama-sama dengan sisa, sisa dan rembesan makhluk hidup, kembali ke bumi, di mana ia sekali lagi terdedah kepada mikroorganisma dan ditukar menjadi ortofosfat mineral, sedia untuk dimakan oleh tumbuhan hijau dan autotrof lain.
Fosforus dibawa ke dalam ekosistem akuatik oleh air yang mengalir. Sungai terus memperkayakan lautan dengan fosfat, yang menggalakkan pembangunan fitoplankton dan organisma hidup yang terletak pada tahap berbeza rantaian makanan air tawar atau marin.
badan air Pengembalian fosfat mineral kepada air dilakukan melalui bioreducer.Dalam semua ekosistem akuatik, dan juga di benua, fosforus terdapat dalam empat bentuk, masing-masing tidak larut atau larut.
Setelah mengesan semua transformasi fosforus pada skala biosfera, seseorang dapat melihat bahawa kitarannya tidak menutup (Rajah 5) Dalam ekosistem daratan, kitaran fosforus berlaku di bawah keadaan semula jadi yang optimum dengan kerugian minimum akibat larut lesap. kitaran fosforus tidak patut diberi perhatian) Di lautan, ini adalah jauh dari kes. Ini disebabkan oleh pemendapan berterusan bahan organik, khususnya, ikan yang diperkaya fosforus kekal, yang serpihannya, tidak digunakan untuk makanan oleh detritophages dan pemusnah, sentiasa terkumpul di dasar laut Fosforus organik termendap di jalur pasang surut dan di perairan cetek, boleh
dikembalikan kepada kitaran selepas mineralisasi, tetapi ini tidak terpakai kepada sedimen di dasar zon laut dalam, yang menduduki 85% daripada jumlah kawasan lautan. Fosfat yang dimendapkan di kedalaman laut yang besar dimatikan dari biosfera dan tidak lagi boleh mengambil bahagian dalam kitaran. Sudah tentu, seperti V.A. Kovda (1968), unsur-unsur kitaran sedimen biogeokimia tidak boleh terkumpul selama-lamanya di dasar lautan. Pergerakan tektonik menyumbang kepada kenaikan perlahan batuan sedimen yang terkumpul di bahagian bawah geosinlin ke permukaan. Oleh itu, kitaran tertutup unsur sedimen mempunyai tempoh yang diukur dalam tempoh geologi, i.e. berpuluh-puluh dan ratusan juta tahun.
